1. Zasoby wodne Ziemi. Wszechocean

IV. Hydrosfera

Hydrosfera - definicja

Hydrosfera – jest wodną powłoką Ziemi.

W szerszym znaczeniu można powiedzieć, że jest to przestrzeń, w której na Ziemi występuje woda.

Przestrzeń ta obejmuje wody we wszystkich stanach skupienia.

Do hydrosfery zalicza się:

oceany,

morza,

rzeki,

jeziora,

bagna,

lodowce,

pokrywę śnieżną,

wody podziemne,

wodę atmosferyczną.

Hydrosfera obejmuje wszystkie wolne wody Ziemi, czyli takie, które nie są związane chemicznie ani też fizycznie ze skałami litosfery czy organizmami biosfery.

Oceanosfera

Oceanosfera – gromadzi tą część hydrosfery, która obejmuje wody morskie i oceaniczne.

Jest to zdecydowanie największy odsetek wód z całej hydrosfery – 96,5%.

https://poetscornerblog.files.wordpress.com/2012/07/ocean-horizon-via-bluewallpaper-org.jpeg

Kriosfera

Kriosfera – gromadzi wody występujące w postaci nie zanikającego lodu lodowcowego, morskiego i gruntowego.

https://fortunedotcom.files.wordpress.com/2018/12/GettyImages-973103362-e1545954446452.jpg

Zasoby hydrosfery

Ilość wody nagromadzonej w hydrosferze pozostaje mniej więcej stała i wynosi około 1,386 mld km3, z czego:

96,5% – występuje w obrębie mórz i oceanów,

1,8 % – stanowią wody obecne na powierzchni lądów (wody powierzchniowe),

1,7% – tworzą wody podziemne.

Zmiany wielkości całkowitej wody w hydrosferze są minimalne:

przychody wody:

około 0,3 km3 na skutek naturalnych procesów:

syntezy wody z gazowego O2 i H2;

wydzielania wód juwenilnych z magmy i skał.

ubytki wody:

około 0,3 km3 na skutek naturalnych i antropogenicznych procesów:

w górnych warstwach atmosfery w efekcie fotodysocjacji,

chemicznym wiązaniem wody w skałach,

działalność człowieka.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cc/TobagoCaysAerial.jpg

Wody słodkie i słone w hydrosferze

Ziemska hydrosfera jest powłoką stosunkowo słoną – wody słone stanowią 97,47% wszystkich wód.

Wody słodkie, stanowiące zaledwie 2,53%, zawarte są głównie w lądolodach, lodowcach oraz w postaci wódpodziemnych.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/41/Iceberg_with_hole_near_Sandersons_Hope_2007-07-28_2.jpg

Ilość wód możliwych do wykorzystania przez człowieka

Ilość potencjalnych wód możliwych dowykorzystania przez człowieka jest stosunkowoniewielka – wynosi ona mniej niż 0,5%.

Należą do nich przede wszystkim wody słodkie,zawarte w rzekach i jeziorach, a także w miarępłytko usytuowane wody podziemne.

Przyczyny krążenia wód w przyrodzie

Od momentu pojawienia się wody na powierzchni Ziemi rozpoczął się proces jej obiegu.

Aby mógł on zaistnieć, potrzebne były siły, które by go zainicjowały i podtrzymywały:

energia cieplna:

promieniowanie słoneczne, która prowadzi do unoszenia się mas powietrza z parą wodną,

w mniejszym stopniu temperatura wnętrza Ziemi;

grawitacja:

przyczynia się do opadów atmosferycznych, spływu powierzchniowego i podziemnego (w kierunku akwenów wodnych).

W obiegu wody istotne są jej chemiczne i fizyczne właściwości.

https://static.epodreczniki.pl/portal/f/res-minimized/RYFXTeuEzejyh/7/960/1TiSDNk0ZXMFoeQmoend7a6htUmKRgcR.png

Najważniejsze składniki cyklu hydrologicznego

W skrócie można określić, że obieg wody przebiega następującymi etapami:

parowanie,

wzrost wielkości chmur oraz ich adwekcja (przemieszczanie w poziomie),

kondensacja pary wodnej (opad atmosferyczny) – przemiana w stan ciekły (deszcz) lub stały (śnieg),

gromadzenie się śniegu w postaci pokrywy śnieżnej, która może ulec topnieniu i przekształceniu w wodę (ciecz),

spływ po powierzchni Ziemi (spływ powierzchniowy ciekami wodnymi) lub przesiąkanie (infiltracja wody deszczowej) bądź też spływ pod powierzchnią Ziemi (odpływ podziemny) do akwenów wodnych (jezior, mórz lub oceanów),

ponowne parowanie.

Retencja

Woda na Ziemi pozostaje w zamkniętym obiegu, ale prędkość przemieszczania się jej w poszczególnych ogniwach jest różna.

W pewnych ogniwach tego obiegu występuje retencja:

czasowe zatrzymanie wody na powierzchni ziemi lub pod ziemią.

RET

ENC

JA

SZTUCZNA

POWIERZCHNIOWA

w zbiornikach retencyjnych

w wyrobiskach

PODZIEMNA w zbiornikach i rurociągach

NATURALNA

POWIERZCHNIOWA

oceanów

jezior

torfowisk i bagien

lasów

śniegu i lodowców

PODZIEMNA

wód warstwowych

wód szczelinowych

wód wieloletniej zmarzliny

Retencja

Czas przebywania wód w stanie retencji bywa bardzo różny i zależyod szeregu czynników.

ZBIORNIKI WODY ŚREDNI CZAS

7 godzin

8-10 dni

5 lat

3-7 lat

300-5000 lat

8000 lat

4000 lat

Retencja

https://ocdn.eu/pulscms-transforms/1/BXvk9kqTURBXy85ZDI2YmFiM2UzMjg1NTgwMTAzZDU5ODA5Zjc4NDQzOS5qcGVnkpUDACvNBObNAsGTBc0HgM0EOIGhMAE

Wody reliktowe

Wody reliktowe są wodami podziemnymi znajdującymi się na bardzo dużych głębokościach.

Są to wody:

uwięzione i odcięte od innych wód, warstwą nieprzepuszczalną (skałami lub lodem z lądolodu),

pozostałości wód z minionych okresów geologicznych,

znajdujące się poza strefą aktywnej wymiany – nie biorą udziału w globalnym obiegu wody.

Wody reliktowe – znajdują się z reguły na bardzo dużych głębokościach – pod wszystkimi warstwami wód – na

powyższej rycinie się one nie zmieściły ☺

Schematyczny przekrój ukazujący odwiert prowadzący do Jeziora Wostok – w którym występują wody reliktowe

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/Lake_Vostok_drill_2011.jpg/1920px-Lake_Vostok_drill_2011.jpg

Wszechocean

Wszechocean (ocean światowy) – zwarty obszar wód na powierzchni naszej planety, obejmujący wszystkie oceany ipołączone z nimi morza.

Tworzy on słoną powłokę wodną kuli ziemskiej, zajmując około 71% powierzchni Ziemi – 361,3 mln km2.

Podział wszechoceanu

Wszechocean (ocean światowy)możemy, w zależności od przyjmowanych kryteriów podzielić na 3, 4 i 5 mniejszych jednostek (oceanów).

Wyznaczone pomiędzy nimi granice mają charakter wyłącznie umowny.

https://images.pexels.com/photos/2422/sky-earth-galaxy-universe.jpg?cs=srgb&dl=astronomy-discovery-earth-2422.jpg&fm=jpg

Podział Wszechoceanu na 5 oceanów

Formalnie od 2000 roku niektóre podziały Wszechoceanu wyróżniają także piąty ocean.

Jest nim Ocean Południowy (Południowy Ocean Lodowaty), otaczający Antarktydę do równoleżnika 55-65°S,

mogą tu docierać wody, przemieszczające się od wybrzeży Antarktydy,

obejmuje on łącznie obszar około 38 mln km2 – 10,5% powierzchni Wszechoceanu.

Zlewiska oceanów

Zlewisko oceanu – obszar, z którego spływają wszystkie wody, przemieszczające się w obrębiekontynentów w formie spływu powierzchniowego i odpływu podziemnego.

Skład chemiczny wody morskiej (oceanicznej)

W wodzie morskiej dominują głównie chlorki, które w wodzie słodkiej występują w niewielkich ilościach.

Chlorki sodu i chlorki magnesu stanowią blisko 90% ogólnej masy soli.

Istotne jest także występowanie siarczanów: magnezu, wapnia i potasu (łącznie stanowią one około 10% udziału).

Chlorek sodu77,76%

Chlorek magnezu10,88%

Siarczan magnezu4,73%

Siarczan wapnia3,60%

Siarczan potasu2,46%

Węglan wapnia0,35%

Bromek magnezu0,22%

Udział w ogólnej masie soli (w %)

SOLE

Zawartość w wodzie

(w g/1000 g wody)

Udział w ogólnej

masie soli(w %)

Ogółem 35,0 100,00

Chlorek sodu [NaCl] 27,2 77,76

Chlorek magnezu

[MgCl2]3,8 10,88

Siarczan magnezu [MgSO4]

1,7 4,73

Siarczan wapnia [CaSO4]

1,2 3,60

Siarczan potasu [K2SO4]

0,9 2,46

Węglan wapnia [CaCO3]

0,1 0,35

Bromek magnezu [MgBr2]

0,1 0,22

Zasolenie wody morskiej

Zasolenie – zawartość soli w wodzie morskiej, podawana w jednostkach PSU, które odpowiadają poprzednio używanym promilom.

Stopień zasolenia określamy ważąc sól wytrąconą z odparowania 1 kg wody.

Średnie zasolenie oceanu światowego wynosi 35‰ (czyli w jednym litrze wody znajduje się 35 g soli) i pozostaje bardzo stabilne.

W otwartym oceanie zasolenie zmienia się w zakresie od 26 PSU do 38 PSU:

na równiku – 34 PSU,

na zwrotnikach – 37 PSU,

w szerokościach umiarkowanych – 35 PSU,

w szerokościach okołobiegunowych spada do 30 PSU (miejscami spada nawet do 25-26 PSU).

W morzach zamkniętych oraz izolowanych zatokach morskich występują znacznie większe dysproporcje w średnim zasoleniu:

najmniejsze występuje w Morzu Bałtyckim –wynosi ono około 7 PSU,

największe występuje w Morzu Czerwonym –wynosi ono około 43-46 PSU.

Zmienność zasolenia powierzchniowych wód morskich

W strefie okołorównikowej oraz w morzach półzamkniętych, leżących naterenach o wysokich opadach, stężenie soli jest niższe od przeciętnego naskutek rozcieńczenia wód powierzchniowych przez wody deszczowe lubrzeczne dopływające z lądów.

Występuje tu przewaga opadów nad parowaniem.

Zmienność zasolenia powierzchniowych wód morskich

W strefach zwrotnikowych zasolenie osiąga duże wartości na skutekdużego parowania i niewielkich opadów atmosferycznych orazznikomego dopływu rzecznego z lądów.

Występuje tu przewaga parowania nad opadami.

Najwyższe wartości zasolenia występują w izolowanych zatokachmorskich i morzach.

Zmienność zasolenia powierzchniowych wód morskich

W regionach polarnych stężenie soli jest niewielkie (spadające lokalnie nawetdo 25-26‰) co wynika głównie z odsalania powierzchniowej warstwy wód naskutek cyklicznego zamarzania i topnienia oraz dopływu wód z topniejącychśniegów i lodów.

Zasolenie wód powierzchniowych Bałtyku i Morza Czerwonego

MORZE BAŁTYCKIE MORZE CZERWONE

średnie zasolenie przyczyny średnie zasolenie przyczyny

7 PSU

• niewielkie parowanie (zimą),• duży dopływ wód słodkich rzekami,• sezonowo duży dopływ wód z topniejących

śniegów.

43-46 PSU

• bardzo duże parowanie (klimat zwrotnikowy),• niewielki dopływ wód słodkich z rzek (rzeki

głównie okresowe lub epizodyczne),• brak sezonowego dopływu wód z topniejących

śniegów.

Temperatura powierzchniowych wód oceanicznych

Temperatura powierzchniowych wód oceanicznych związana jest głównie z szerokościągeograficzną – zmniejsza się w miarę zbliżania ku biegunom.

Temperatura powierzchniowych wód oceanicznych

Średnio wynosi: +17,4°C, przy czym:

na półkuli północnej wynosi 19,2°C,

na półkuli południowej wynosi 16,0°C.

Zmienia się ona od -1,9°C w rejonach polarnych (w niższejtemperaturze woda morska zamarza później, co wynika z faktuzasolenia wody morskiej) do +28°C w strefie równikowej.

Prądy morskie

Prądy morskie – poziome, strumieniowe ruchy ogromnych mas wód w obrębie oceanów i mórz.

Poddana tym ruchom masa wód odznacza się dość niewielką szerokością, szczególnie w porównaniu do długości.

Prądy morskie cechują się określoną:

prędkością – wyrażaną w węzłach (1 węzeł = 1 mila morska/godz.) lub rzadziej km/h, m/s;

kierunkiem – wyznacza go strona świata, w którą następuje przemieszanie prądu.

Kierunki prądów morskich

Kierunki prądów morskich są często mocno odchylone wskutek działania siły Coriolisa.

Duży wpływ na ich przebieg wywiera także rozmieszczenie lądów i mórz oraz znajdujące się na drodze obiekty wpostaci wysp, a także rzeźba dna morskiego.

Kierunki prądów morskich

Na półkuli północnej, aż po umiarkowane szerokości geograficzne, prądy morskie tworzą wielkie komórki cyrkulacyjne, w których woda porusza się w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara (w prawo).

Na półkuli południowej i w wysokich szerokościach geograficznych półkuli północnej ruch wody odbywa się w przeciwnym kierunku (w lewo).

Wyjątek stanowi północna część Oceanu Indyjskiego, gdzie kierunki prądów morskich zmieniają się sezonowo wraz z monsunową cyrkulacją powietrza.

Przyczyny powstawania prądów morskich

Najczęstszymi rodzajami powierzchniowych prądów morskich są:

wiatrowe (prądy dryfowe i prądy wiatrowe),

barogradientowe,

spływowe,

gęstościowe,

kompensacyjne,

pływowe.

http://blogs.edf.org/edfish/files/2019/06/ocean-2203720_1920.jpghttp://blogs.edf.org/edfish/files/2019/06/ocean-2203720_1920.jpg

Przyczyny powstawania prądów morskich – wiatrowe

Wiatrowe przyczyny genezy prądów morskich związane są z:

tarciem powietrza o powierzchnię wody,

parciem wiatru na dowietrzne grzbiety fal.

W obrębie tej przyczyny wyróżnić możemy dwa typy prądów:

prądy dryfowe – występującymi w przypowierzchniowej warstwie wody najczęściej do głębokości około 200 m, mającestosunkowo stały charakter w ciągu roku lub w ciągu określonej pory roku; wywołane są one przez:

stałe wiatry, np. passaty,

wiatry sezonowe, np. monsuny,

wiatry przeważające w określonym rejonie (strefie klimatycznej), np. wiatry zachodnie w strefie umiarkowanej;

prądy wiatrowe – wywołane zwykle zmiennymi w ciągu roku, chwilowymi i zwykle krótkookresowymi wiatrami.

Podział prądów morskich ze względu na temperaturę wód otaczających

Na podstawie porównania temperatury niesionych przez nie wód z temperaturą wód otaczających wyróżnia się:

prądy ciepłe: niosą wody cieplejsze od wód otaczających (płyną zwykle ku biegunom);

prądy zimne: przenoszą wody chłodniejsze od wód otaczających (płyną zwykle ku równikowi).

Ten sam prąd może być początkowo ciepły, a po wpłynięciu do innych rejonów oceanu stać się zimny lub też wjednym półroczu może być ciepły, a w drugim zimny.

Podział prądów morskich ze względu na stałość i czas trwania

Inny podział opiera się na obserwacji rocznej zmienności przebiegu prądów i pozwala wyróżnić typy prądów zewzględu na stałość i czas trwania:

prądy stałe – związane ze stałymi wiatrami;

prądy sezonowe (okresowe) – zmieniające się w ciągu roku w dość regularnych odstępach czasu co wynikać może z:

cyrkulacji monsunowej (sezonowe prądy letnie i zimowe),

pływów morskich (cykliczne prądy związane z odpływem i przypływem wód);

prądy czasowe – chwilowo występujące pod wpływem krótkotrwałych silnych wiatrów lub znacznych i szybkichzmian w ciśnieniu atmosferycznym.

Wpływ prądów morskich na klimat

Prądy morskie w znacznym stopniu oddziałują na klimat na świecie:

prądy morskie ciepłe – przyczyniają się do wzrostu temperatury powietrza oraz wzrostu rocznych sum opadów atmosferycznych w obrębie opływanych lądów,

prądy morskie zimne – skutkują obniżeniem wartości temperatur oraz spadkiem rocznych sum opadów atmosferycznych.

Znacznie prądów morskich dla Europy

Ciepłe prądy morskie wpłynęły na złagodzenie klimatu i poprawę warunków klimatycznych w Europie i w innych regionach świata.

Europa, szczególnie Środkowa i Północna cechuje się znacznie cieplejszym klimatem niż leżący w analogicznych szerokościach geograficznych Labrador.

Ogrzewanie przez ciepłe prądy morskie (Północnoatlantycki i Norweski) ułatwia dostęp do portów w strefie chłodnej,

np. Murmańsk jest najdalej na północ wysuniętym niezamarzającym portem morskim Europy.

Od starożytności żeglarze starali się poznawać przebieg prądów morskich – nawet pobieżna analiza tras pokonanych przez średniowiecznych żeglarzy – odkrywców pozwala wykazać, że były one ściśle powiązane z prądami morskimi.

MurmańskRosja

Wpływ prądów morskich na rybołówstwo

Prądy morskie są także istotne z punktu widzenia rybołówstwa.

Szczególnie cenne są miejsca w których następuje mieszanie się zimnych (bogatych w tlen) z ciepłymi prądami.

Stanowiska takie są szczególnie korzystne dla rozwoju planktonu i odżywiających się nim organizmów wyższych – szczególnie odławianych przez człowieka ryb.

A. Falowanie wiatrowe

Falowanie wiatrowe wywołane działaniem wiatru jest zdecydowanie najłatwiej dostrzegalnym, a jednocześniebardzo istotnym zarówno dla procesów przyrodniczych, jak i gospodarki, rodzajem ruchów wód.

Cechy falowania wiatrowego

Falowanie wiatrowe na otwartym akwenie wodnym nie ma charakteru postępowego, lecz oscylacyjny.

Odbywa się ono na otwartym morzu po torach kołowych lub eliptycznych.

Dopiero w pobliżu samego brzegu, na niewielkich głębokościach, w końcowej fazie falowanie ulega wyhamowaniuprzez dno i załamaniu – ruch po torze eliptycznym jest stopniowo zastępowany przez postępowy poziomy ruch.

Tsunami (fale sejsmiczne)

Tsunami (fale sejsmiczne) – bardzo długie fale swobodne (od długości do 200 km) o olbrzymiej energii,przemieszczające się na duże odległości (nawet tysięcy km).

Na otwartym oceanie mogą one osiągać prędkość do 1000 km/h, ale ich olbrzymia długość powoduje, że są prawieniezauważalne (mają do 2 m wysokości).

Dopiero na obszarach przybrzeżnych tsunami wyhamowuje na skutek tarcia o dno i spiętrza się, osiągając wysokość do40 metrów (największe w małych i wąskich zatokach).

Najwyższa fala tsunami posiadała prawdopodobnie 66 m (różne źródła podają różne wartości) – zaobserwowano ją wZatoce Alaska po oberwaniu się olbrzymiej góry lodowej.

https://cdn.now.howstuffworks.com/media-content/4c282fe7-7fc0-49b3-bee7-21a8f491c327-1920-1080.jpghttps://cdn.japantimes.2xx.jp/wp-content/uploads/2015/03/f-mexnami-a-20150307.jpghttps://cdn.japantimes.2xx.jp/wp-content/uploads/2015/03/f-mexnami-a-20150307.jpg

Skutki tsunami

Fale tsunami powodują olbrzymie straty materialne i ludzkie.Ostatnio powołano co prawda odpowiednie służby, których zadaniem jest śledzeniepowstających tsunami i ostrzeganie mieszkańców o zagrożeniu.

Na ewakuację pozostaje jednak co najwyżej kilka godzin, co uniemożliwia zabezpieczeniecałego mienia.

Dobrze, jeśli uda się przenieść w bezpieczne miejsce wszystkich ludzi.

https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2d/2004-tsunami.jpg/1280px-2004-tsunami.jpg

Co to są pływy morskie

Pływy morskie – największe i najbardziej regularne ruchy okresowe w obrębieakwenów wodnych.

Polegają na rytmicznym, naprzemiennym wznoszeniu się i opadaniupowierzchni oceanów i zbiorników z nimi połączonych, wynikającym z:

oddziaływania pola grawitacyjnego Księżyca i Słońca,

występowania siły odśrodkowej, wynikającej z faktu ruchu obrotowego Ziemi.

Oddziaływanie Księżyca – mimo jego niewielkiej, w porównaniu ze Słońcem,masy - jest ponad 2 razy silniejsze (stosunek sił wynosi 59:26).

Cykle w pływach morskich

Pływy morskie, dzielimy na dwa cykle:

przypływ – w czasie którego następuje wzrost poziomu morza od położenianajniższego do najwyższego,

występują najczęściej co 12 godzin i 27 minut (1/2 doby księżycowej), czylikażdego dnia mamy do czynienia dwukrotnie z przypływem na każdympołudniku – są to pływy półdobowe,

są miejsca na Ziemi gdzie jednak są one tylko raz dziennie (co około 24godz. i 54 minut, np. Zatoka Meksykańska, u wybrzeży Nowej Gwinei – są totzw. pływy dobowe),

czas trwania przypływu – okres podnoszenia się wód oceanicznych;

odpływ – w czasie którego następuje obniżanie się poziomu morza odpołożenia najwyższego do najniższego,

następuje najczęściej co około 12 godzin i 27 minut (tak samo jak przypływ),

czas trwania odpływu – okres opadania wód oceanicznych.

Rodzaje pływów

https://seasidebeachresort.net/wp-content/uploads/2018/08/View-from-Water.jpghttps://seasidebeachresort.net/wp-content/uploads/2018/08/Low-Tide.jpg

Zróżnicowanie geograficzne wielkości pływów

Na otwartym morzu zwykle nie przekracza 1 m.

W pobliżu wybrzeży, w otwartych zatokach i estuariach rzek o specyficznym kształcie – wąskich i długich, ulegają spiętrzeniu:

maksimum osiąga w Zatoce Fundy w Kanadzie – do 19,6 m,

bardzo wysokie na wybrzeżu Wielkiej Brytanii i Francji.

Zatoka Fundydo 19,6 m

Ujście rzeki Severndo 16,8 m

Port Granvilledo 16,1 m

http://i.imgur.com/2QgsG8D.jpghttp://i.imgur.com/2QgsG8D.jpg

Zróżnicowanie geograficzne wielkości pływów

Najmniejsze wartości pływów obserwujemy w morzach wewnątrzkontynentalnych (zamkniętych i półzamkniętych), które posiadają słaby kontakt z oceanem za pomocą stosunkowo wąskich cieśnin.

W takich warunkach pływy osiągają zaledwie kilka do kilkunastu cm wysokości.

Świetnym tego przykładem jest Bałtyk, gdzie są one praktycznie niezauważalne – ich amplituda jest stosunkowo niska i zwykle nie przekracza kilku, maksymalnie kilkunastu cm, wynosząc np.:

w cieśninach duńskich – do około 15 cm,

w Zatoce Gdańskiej – jedynie do 3 cm.

Materiały pomocnicze do naukiOpracowane w celach edukacyjnych (niekomercyjnych)

Opracowanie i redakcja: Sławomir DmowskiKontakt: kontakt@geografia24.eu

WSZELKIE PRAWA ZASTRZEŻONE- KOPIOWANIE ZABRONIONE -